[发明专利]被动主手式主从控制手术机器人的性能测试方法及系统

说明书

本发明提供一种被动主手式主从控制手术机器人的性能测试方法及系统。该性能测试方法，建立基于基座的主端描述坐标系、基于内窥镜的从端描述坐标系、基于末端关节连杆的主端参考坐标系和基于手术器械的从端参考坐标系；通过三个第一姿态靶点能够得到各姿态位置下关于主端参考坐标系和主端描述坐标系的所述第一描述矩阵，通过三个第二姿态靶点能够得到各姿态位置下关于从端参考坐标系和从端描述坐标系的第二描述矩阵，并将第一描述矩阵和第二描述矩阵均转换为姿态角，避免了在各位置重复建立难以找到的主从端参考坐标系，无需对主从端参考坐标系进行直接跟踪测量，便于对所述被动主手式主从控制手术机器人的性能测试，可靠性高，实用性强。

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，具体而言，涉及一种被动主手式主从控制手术机器人的性能测试方法及系统。

背景技术

用于腔镜等手术的主从控制手术机器人一般包括主端和从端两部分，其通过主从遥操作的控制方式操纵手术器械完成手术动作。其主端部分的被动主手实现对医生手部动作的采集，并通过运动学解算映射至从端的手术器械，使其复现被动主手采集的手部动作。因此，主从控制手术机器人的主从控制的性能(或者说准确度)是影响手术效果的一大因素。目前虽然出现了一些关于机器人性能的测试方法，但是，对于主从控制手术机器人的性能测试仍然是一个难题。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术如何实现主从控制手术机器人的性能测试的问题。

为至少在一定程度上解决上述问题的至少一个方面，本发明一方面提供一种被动主手式主从控制手术机器人的性能测试方法，包括如下步骤：

建立基于主端操作手的基座的主端描述坐标系和基于内窥镜的从端描述坐标系，建立基于所述主端操作手的末端关节连杆的主端参考坐标系和基于从端操作手的手术器械的从端参考坐标系；

获取所述末端关节连杆的三个第一姿态靶点在所述主端参考坐标系下的坐标，建立三个所述第一姿态靶点在所述主端参考坐标系下的第三描述矩阵；

获取所述手术器械的三个第二姿态靶点在所述从端参考坐标系下的坐标，建立三个所述第二姿态靶点在所述从端参考坐标系下的第五描述矩阵；

在主从映射状态下，获取三个所述第一姿态靶点在所述主端描述坐标系下的坐标，建立三个所述第一姿态靶点在所述主端描述坐标系下的第四描述矩阵；获取三个所述第二姿态靶点在所述从端描述坐标系下的坐标，建立三个所述第二姿态靶点在所述从端描述坐标系下的第六描述矩阵；

根据所述第三描述矩阵和第四描述矩阵得到所述主端参考坐标系在所述主端描述坐标系下的第一描述矩阵，根据所述第五描述矩阵和第六描述矩阵得到所述从端参考坐标系在所述从端描述坐标系下的第二描述矩阵；

根据所述第一描述矩阵和所述第二描述矩阵分别得到基于所述第一描述矩阵的姿态角和基于所述第二描述矩阵的姿态角，根据所述基于所述第一描述矩阵的姿态角和所述基于所述第二描述矩阵的姿态角确定被动主手式主从控制手术机器人的姿态准确度。

可选地，所述建立基于主端操作手的基座的主端描述坐标系包括：

建立所述主端描述坐标系：获取两个所述主端操作手的第一轴线上的点，所述第一轴线为所述主端操作手的第一关节连杆与所述基座转动连接的旋转轴线，根据所述第一轴线和右手定则建立所述主端描述坐标系，其中，所述主端描述坐标系的横轴与上下方向一致且正方向指向上方，纵轴与左右方向一致且正方向指向右方。

可选地，所述第一轴线的方向与竖直方向一致，所述建立所述主端描述坐标系包括：

将两个第一靶点工装分别固定于左右两个所述主端操作手的所述第一关节连杆上；

两个所述第一关节连杆分别转动至少三个位置，通过空间测量设备获取各位置处两个所述第一靶点工装上靶点的空间坐标；